制冷技術范文

一、天然制冷劑的研究

目前在天然制冷劑中以氨、丙烷與其他烴的混合物及CO2制冷技術，其中CO2制冷技術最有可能成為R22的長期替代物。由于CO2的高密度和低粘度，CO2的流動損失小，傳熱效果好。通過強化傳熱可以彌補它循環不高的缺點，增加回熱器或者采用兩級壓縮即可達到與常規制冷劑相似的效率，而不設膨脹機，這也是各公司開發CO2小型制冷或者汽車空調的研究方向。

CO2制冷技術已經跨進實際應用的門檻。日本幾大公司開發的CO2熱泵熱水器已上市多年，年產已達十萬臺。日本冷凍空調協會標準JRA-4050-2004家電熱泵熱水機(二氧化碳冷媒)對這類產品的性能、安裝等有嚴格的規定。實際上熱水器稍加改裝，即可變為有熱回收的家用空調,所以將CO2用于家用空調也只有一步之遙。在汽車空調方面,可以說國際上各大汽車公司都進行了CO2汽車空調的研制,并能過專門協調機構聯合攻關,國際汽車工程學會不斷有關報告。歐盟正在講座相關CO2汽車空調的標準,準備在2008-2010年將歐洲的汽車空調全部改為CO2系統。

二、熱聲制冷技術

熱聲制冷是21世紀以來發展的一種新的制冷技術,與傳統的蒸汽壓縮式制冷系統相比,熱聲熱機具有無可比擬的優勢:無需使用污染環境的制冷劑,而是使用惰性氣體或其混合物作為工質,因此不會導致使用的CFCS或HFCS臭氧層的破壞和溫室效應而危害環境;其基本機構是非常簡單和可靠,無需貴重材料,成本上具有很大的優勢;它們無需振蕩的活塞和油密封或潤滑,無運動部件的特點使得其壽命大大延長。熱聲制冷技術幾乎克服了傳統制冷系統的缺點,可成為下一代制冷新技術的發展方向。

所有的熱聲產品的工作原理都基于所謂的熱聲效應,熱聲效應機理可以簡單的描述為在聲波稠密時加入熱量,在聲波稀疏時排出熱量,則聲波得到加強;反之聲波稠密時排出熱量,在聲波稀疏時吸入熱量,則聲波得到削弱。當然,實際的熱聲理論遠比這復雜的多。

當然,熱聲制冷的設計水平及制造工藝也在不斷的提高。目前,美國在熱聲領域內的投入最大,研究機構最多,取得了許多突破性的進展。如上世紀90年代早期,美國海軍研究生院(NPS)的Garrett教授開發的熱聲制冷機;2000年左右,開發了太陽能驅動的熱聲制冷機;還有在美國LOSAlamos國家實驗室(LANL),SWIFT教授領導著世界著名的熱聲研究組,他們主要研發的熱聲驅動的脈管制冷(低溫制冷);另外還有開式熱聲制冷和空調、高頻微型熱聲機制冷以及還在研發中的種種技術。

三、太陽能空調

《石油化工應用雜志》2014年第五期

1簡單制冷

1.1冷劑制冷

利用沸點低于環境溫度的工藝流體通過壓縮、冷凝、膨脹及蒸發組成的壓縮制冷循環可實現制冷的目的。借助外界機械能，通過選擇不同冷劑、壓縮制冷循環方式可不斷降低溫度直至深冷。冷劑制冷法由獨立設置的冷劑壓縮制冷循環向天然氣提供冷量。制冷能力與原料氣的溫度、壓力及組成無關，通過調節制冷循環的工作壓力來控制制冷溫度以滿足生產的需求，調節操作過程安全穩定。冷劑制冷的最低制冷溫度受工質蒸發溫度的限制，最低為冷劑在蒸發壓力下的蒸發溫度。單一冷劑制冷中常用冷劑有氨、丙烷等，丙烷的蒸發溫度較低（-42℃）與氨相當（-33℃），可利用環境介質進行壓縮后的冷凝，蒸發相變焓雖然低于氨的蒸發相變焓，但由于易得，毒性小，安全且與被冷卻流體同類，在制冷工藝中廣泛應用。受冷劑制冷溫度的限制，輕烴收率難以繼續提高。提高天然氣分離壓力使氣液兩相相分離溫度升高，可在一定程度上提高天然氣凝液的收率，但增壓提高收率的作用有限。-30℃下不同原料氣丙烷收率與分離壓力的模擬結果（見圖2），低壓時丙烷收率隨著分離壓力的提高而快速增加，但增加的幅度不斷降低。分離壓力的進一步增加對提高凝液收率的作用減弱，壓力的增加導致能耗變大，同時工藝設備的壓力等級要求和造價也會大大提高，提高收率的經濟性變差。天然氣中甲烷含量愈高，加壓提高凝液收率的作用愈弱，最優分離壓力愈高。不同組成天然氣的最優分離壓力各異，可通過模擬計算得出以指導生產。改變單一制冷工藝中冷劑的組成，添加更輕且蒸發溫度更低的組分，通過降低混合冷劑的蒸發溫度，仍借助環境介質進行壓縮后介質的冷凝，利用原有壓縮制冷循環的混合冷劑制冷可在一定程度上獲得較單一冷劑更低的制冷溫度。通過選擇蒸發溫度更低的單一冷劑如乙烷、甲烷進行制冷循環可實現更低的制冷溫度，但受冷劑臨界溫度（32.1℃、-82.6℃）的限制，環境介質已遠遠不能滿足要求，必須采用階式制冷循環才能得到更低溫位（-88.6℃、-161℃）的冷量，達到提高輕烴收率的目的。

1.2簡單制冷方法工藝分析比較

不同制冷工藝的特點各異，根據原料氣的壓力、組成、液烴收率等因素選擇、調整操作是保障裝置安全、平穩運行的基礎。節流閥制冷適合較低的原料氣量，能夠適應大的氣量波動且操作簡單，在節流閥出口允許有很大的帶液量，當氣體有可供利用的壓力能，而且不需要很低的制冷溫度時，采用等焓膨脹特性的節流閥制冷是一種簡單有效的制冷方法。與透平膨脹機制冷相比，節流閥的制冷量要小的多，難以滿足在較低溫度下高輕烴收率的要求。在同樣的初始狀態和膨脹比條件下，氣體透平膨脹對外做功引起溫降，冷量損失較少，所以無論從制冷溫位還是從制冷量上來講，具有等熵膨脹特性的透平膨脹的效率更高，二者的差值與溫度、壓力有關。當壓力較低而溫度較高時，差值較大，隨著壓力的增加，二者的差值逐漸減小，最終接近于零，當原料氣的壓力很高時，簡單節流閥制冷更具優勢。原料氣較富時制冷量的需求過大，若采用透平膨脹機對其進行制冷則原料氣的壓縮功會太大，能耗較高，并由于較高的原料氣壓力使操作穩定性降低，同時透平膨脹機允許的帶液量有一定限度，而節流閥出口允許有很大的帶液量，故較富的原料氣不適合采用透平膨脹機制冷。冷劑制冷的制冷量與原料氣的貧富程度及壓力無關，加壓、降溫均能實現氣相混合物冷凝，對于含C4、C5及更輕的烴類混合物，降溫冷凝的功耗低于加壓冷凝的功耗，降溫成為提高輕烴收率的首選技術。利用混合冷劑在一定壓力下蒸發，可產生較單一冷劑更低且為一定溫度范圍的低溫冷量，通過改變冷劑的組成還可以方便調節蒸發溫度以適應不同組成天然氣的冷凝分離要求。混合冷劑制冷工藝與單一制冷工藝的流程完全相同，不需要增加設備投資。但是混合冷劑中呈氣態、氣液平衡態、液態的物質組成不斷變化，對冷凝器、蒸發器、壓縮機的設計尤其是操作、管理帶來很大的難題，工程實際應用價值受限。通過選擇蒸發溫度更低的單一冷劑也可實現較低的制冷溫度，比如采用乙烷可獲得最低為-88.6℃的低溫冷量，但是受乙烷臨界溫度（32.1℃）的限制，不能利用環境作為冷凝介質，必須采用階式制冷循環。階式制冷循環中天然氣與冷劑梯級降溫，冷熱流體的溫差小，制冷效率高，能耗較低，但流程復雜，難以平穩操作，投資較大，輕烴回收裝置中也極少采用。處理量小、原料氣組成較富、其壓力與外輸氣壓力之間沒有足夠壓差可供利用時，采用冷劑制冷法比較經濟，通常選用丙烷作為冷劑；當處理量較小、原料氣組成較貧、原料氣壓力較大且隨開采過程壓力逐漸遞減又不要求高的乙烷收率時，采用節流閥制冷既能夠經濟地達到收率要求，又節省了裝置的投資及能耗；當處理量較大、原料氣組成較貧、且需要回收較多乙烷時，可采用透平膨脹制冷。無論哪種簡單制冷方式都有一定的局限性，難以同時滿足天然氣組成、溫度、壓力以及較低制冷溫度的要求。因此應依據實際情況，從原料氣組成、裝置建設目的、產品收率要求、生產成本和工程投資等方面進行綜合分析、合理的選擇。作為初選輕烴回收制冷工藝的依據（見圖3，圖4）。

2復合制冷

高收率與低能耗是輕烴回收的發展方向，針對我國天然氣井口壓力較低、天然氣大多較貧且組成變化較大的現狀，輕烴回收需要的溫度持續降低，單一的制冷方法很難達到要求。雖然增壓－膨脹機制冷可以達到溫度要求，但膨脹機的帶液問題會帶來一系列的附加損失，使膨脹機的效率降低、能耗過大，對富含重烴的天然氣（富氣）仍不適宜。輕烴回收工藝上應用最多的是以膨脹制冷作為主要冷源，冷劑制冷作為輔助冷源的復合制冷法，采用逐級制冷和逐級分離冷凝液的措施來降低冷量消耗和提高制冷深度，以達到較高冷凝率，最大限度地回收天然氣中的輕烴。復合制冷法的冷源有兩個或兩個以上，裝置運轉受外界條件變化影響小，適應性強，保障了裝置的安全、平穩、高收率運行；復合制冷法中外加制冷系統比冷劑制冷法要簡單、容量小，外加制冷系統僅僅須解決高沸點烴類即重烴的冷凝問題。復合制冷與單一的冷劑制冷、膨脹制冷相比，既克服了冷劑制冷裝置流程復雜以及制冷溫度受限的缺點，也克服了透平膨脹機制冷穩定性差、對原料氣適應能力差的缺點。復合制冷工藝由于外加冷源的存在，可使重烴提前冷凝分離，大幅度減少了透平膨脹機的帶液，而且又能夠補充節流閥制冷所缺乏的冷量，裝置整體能耗大幅較低，丙烷收率特別是乙烷收率大幅提高，是當前先進、合理、有效的輕烴回收制冷方式，可實現高收率，低能耗的目標。

[論文關鍵詞]制冷與空調新技術

[論文摘要]我國現代化過程中面臨能源短缺的問題。因此，目前國家倡導節能減排提倡使用清潔優質高效能源，大力推廣節能環保新技術。對于制冷與空調行業，應注重新技術的研發和應用，以及制冷空調技術與相關技術的融合與交叉，以適應二十一世紀的能源戰略新需要。

一、天然制冷劑的研究

目前在天然制冷劑中以氨、丙烷與其他烴的混合物及CO2制冷技術，其中CO2制冷技術最有可能成為R22的長期替代物。由于CO2的高密度和低粘度，CO2的流動損失小，傳熱效果好。通過強化傳熱可以彌補它循環不高的缺點，增加回熱器或者采用兩級壓縮即可達到與常規制冷劑相似的效率，而不設膨脹機，這也是各公司開發CO2小型制冷或者汽車空調的研究方向。

CO2制冷技術已經跨進實際應用的門檻。日本幾大公司開發的CO2熱泵熱水器已上市多年，年產已達十萬臺。日本冷凍空調協會標準JRA-4050-2004家電熱泵熱水機(二氧化碳冷媒)對這類產品的性能、安裝等有嚴格的規定。實際上熱水器稍加改裝，即可變為有熱回收的家用空調,所以將CO2用于家用空調也只有一步之遙。在汽車空調方面,可以說國際上各大汽車公司都進行了CO2汽車空調的研制,并能過專門協調機構聯合攻關,國際汽車工程學會不斷有關報告。歐盟正在講座相關CO2汽車空調的標準,準備在2008-2010年將歐洲的汽車空調全部改為CO2系統。

二、熱聲制冷技術

熱聲制冷是21世紀以來發展的一種新的制冷技術,與傳統的蒸汽壓縮式制冷系統相比,熱聲熱機具有無可比擬的優勢:無需使用污染環境的制冷劑,而是使用惰性氣體或其混合物作為工質,因此不會導致使用的CFCS或HFCS臭氧層的破壞和溫室效應而危害環境;其基本機構是非常簡單和可靠,無需貴重材料,成本上具有很大的優勢;它們無需振蕩的活塞和油密封或潤滑,無運動部件的特點使得其壽命大大延長。熱聲制冷技術幾乎克服了傳統制冷系統的缺點,可成為下一代制冷新技術的發展方向。

所有的熱聲產品的工作原理都基于所謂的熱聲效應,熱聲效應機理可以簡單的描述為在聲波稠密時加入熱量,在聲波稀疏時排出熱量,則聲波得到加強;反之聲波稠密時排出熱量,在聲波稀疏時吸入熱量,則聲波得到削弱。當然,實際的熱聲理論遠比這復雜的多。

《冷藏技術》2017年第4期

摘要：將食品進行冷藏冷凍處理是為了盡最大可能保持食品的新鮮程度、營養含量和品嘗起來的味覺感受，因此而出現了各種各樣的冷藏冷凍設備。為了可以儲存更多的食品，人們還發明了冷庫。在未來冷凍設備會越來越普遍。同時作為冷藏設備的核心，制冷設備的質量、制冷的方式也會越來越重要，越來越先進。

關鍵詞：冷凍冷藏技術；制冷設備；制冷機

食品作為人們生存的必需品，一天也離不開，隨著人們生活水平的提高，人們也開始享受生活，對食物的要求也越來越高，只是填飽肚子已經無法滿足人們的需求。食物的新鮮程度也成為了人們選擇食物的標準，對食品進行冷藏冷凍處理解決了這個難題，冰箱已經走進了千家萬戶。為了更好的保持食品的新鮮各個廠家建立了冷庫用以儲存剛剛生產的食品，用這樣的方法占領市場[1]。

1冷凍冷藏技術

人們食用的食品主要分為兩大類，植物類與動物類，這兩種食物所含有的營養成分不同，人類要想擁有健康的身體，缺一不可。但是，因為微生物的分解和酶的作用，食品很容易變質，發生變質的食物會產生對人體有害的物質，因此不能食用，為了應對這一問題，人們開始使用冷凍技術。因為在低溫下，微生物和酶的活性被降低從而做到保鮮。

1.1冷凍冷藏技術的優勢

冷凍冷藏技術被廣泛的使用在食品行業，據統計近幾年冷凍冷藏食品的營業額比以往增長了將近60%。冷凍冷藏技術之所以發展的這么迅速是因為它具有許多的優點，它可以將食品的貯存時間延長很長時間，而且在儲存期間不會發生變質，并且在需要時可以直接取出食用。十分的便利。而且使用冷凍冷藏技術儲存食物還可以不受季節的影響，通過冷凍冷藏技術在任何時候都可以吃到新鮮的食物[2]。

摘要：南海某氣田開發項目天然氣烴露點控制系統擬采用燃氣輪機排煙余熱的設計方案，在傳統降壓流程采用的J-T閥前段加裝溴化鋰制冷機組，利用溴化鋰機組提供冷量替代部分J-T閥功能，預先對天然氣進行降溫，從而減少J-T閥節流過程壓降引起的能量損失。通過ASPENHYSYS分析結果表明，該節能改造方案可使干氣壓縮機減少壓降約1.5MPa，壓縮機功率減少5.6MW，年節約天然氣1430.39×104m3，折合標煤15133.6t，經濟性強，節能效果明顯。在提高項目的能源利用率的同時，為海上平臺余熱制冷應用提供了新思路。

關鍵詞：海上油氣開發；余熱利用；節能改造；烴露點控制；溴化鋰制冷

海上油氣田開發項目的能源利用率大約在20%～30%，相較陸上項目普遍偏低，究其原因是由于平臺空間有限、重量控制嚴格，海上平臺發電機組效率和余熱資源的利用還處于相對較低的水平。海上設施大多安裝發電機組，為本平臺和周邊依托平臺提供電力，燃料消耗來自于自產油氣，其能源消耗占海上生產設施綜合能源消耗的比重很大，屬于主要耗能設備。從項目統計數據可以看出，海上設施采取發電機組余熱回收項目的整體能源利用率比未采用余熱回收的項目高10%～15%左右。目前，加強海上平臺大型電站煙氣余熱利用是直接提高開發項目的能源利用率和經濟效益的最有效方式。

1海上油氣田開發余熱資源利用途徑

海上油田開發項目和氣田項目相比，油田的用熱負荷要遠高于氣田的用熱負荷，氣田的煙氣廢熱（特別是氣田后期的地層壓力衰減后啟動濕氣壓縮機保產階段）要高于油田。海上油氣生產裝置（含陸地終端）可利用的主要余熱資源有：燃氣透平高溫煙氣廢熱；燃氣、燃油往復式發動機煙氣廢熱；熱介質爐、加熱爐、蒸汽或熱水鍋爐等低溫煙氣廢熱；高溫生產水以及主機缸套水廢熱等。同時，海上平臺存在眾多用熱及用冷環節，例如：油氣處理、輸送與儲存工藝的保溫，海水低溫閃蒸制淡，工藝、生活空調等。目前，海上開發項目余熱回收后的主要用途分為4類：1）替代各類熱站（含蒸汽熱水鍋爐、熱介質爐、加熱爐等），例如，海上平臺將透平發電機排煙引入余熱鍋爐加熱盤管中的導熱油從而替代熱站。2）替代電驅壓縮機制冷和電加熱空調的余熱驅動溴化鋰吸收式制冷、制熱空調。3）替代電加熱生活熱水系統。4）余熱驅動的蒸發式海水淡化裝置等[1]。

2海上氣田開發生產裝置冷量需求

在海上油氣開發過程中，自帶燃氣透平電站或者原油發電機組的中心處理平臺存在大量的高溫煙氣余熱，燃氣透平電站排煙溫度高達400℃，余熱利用潛力很大。不同于油田開發加工需要大量熱源用于工藝流程，氣平臺的熱用戶很少，在負荷小的情況下一般不對燃氣輪機排氣進行余熱回收，直接采用電加熱器更為靈活、便利，所以對于氣田來說，因為大量余熱資源沒有合理利用，項目能源利用率往往偏低。海上油氣田開發過程中央空調系統需要冷量的提供，海上平臺的生活區和生產區工作間是在封閉的室內。空調設備為這些區域的工作人員提供舒適的工作生活環境，同時保障封閉室內的設備正常運轉環境。以往多是采用電驅動壓縮式制冷裝置來提供這些冷量，冷量的獲得通常需要消耗很多能量。考慮利用平臺余熱服務冷用戶，回收余熱同時減少能源消耗。以溴化鋰吸收式技術為基礎的制冷機組由熱能驅動運行，驅動熱能可以是蒸汽、熱水、直接燃燒燃料(燃氣、燃油)產生的高溫煙氣或外部裝置排放的余熱煙氣、余熱熱水，制取5℃以上冷水用于滿足各工藝用冷及舒適性空調，有效回收利用低溫熱能，在海上平臺余熱節能技術領域發揮了重要的作用[2-3]。中海油與康菲石油共同開發的西江某平臺利用90℃左右含油污水作為熱源，驅動溴化鋰空調機組，用于機房及生活樓供冷，是迄今國內第一家在海上平臺應用吸收式制冷機的項目。此外，位于南海西部海域某氣田開發項目采用回收透平發電機組產生的450℃左右高溫煙氣作為溴化鋰吸收式制冷機的驅動熱源，為平臺生活樓提供冷源。從經濟效益上看，生活樓供冷耗電量占平臺電耗比例很小，且受使用時間的限制，考慮到安裝溴化鋰制冷系統帶來的一系列改造，包括平臺結構以及管線上的改造，溴化鋰制冷技術的應用雖然減少了燃氣消耗及溫室氣體排放，但節能效果有限，需要結合投資回收期綜合考慮。結合海上氣田開發項目能源實際需求，在充分考慮技術可行、經濟合理基礎上，余熱制冷需要拓展新的思路，挖掘節能潛力。

3余熱制冷在烴露點控制系統改造中的應用

摘要：

當前智能化故障診斷技術作為一種有效的故障防范策略，已被融入到現代空調制冷系統的實踐應用當中，它不僅可有效降低制冷系統的運行成本，而且還能明顯提升系統運行的安全性與可靠性。本文結合工作實踐，著重就智能化故障診斷技術在空調制冷系統中的應用進行了探索與研究。

關鍵詞：

制冷系統；故障診斷；智能化

近年來，隨著我國經濟的快速發展，制冷系統在人們日常生活、工業生產中的應用已越發普及，其重要性也不斷增強。如何進一步提升制冷系統的安全性與可靠性，已成為了當前國內外眾多學者所共同關注的焦點問題。智能化故障診斷技術作為一種有效的故障防范策略，它能通過實時、自動的監測和采集制冷系統的狀態信息與運行參數，以起到有效預測故障發生、判定故障性質、評估系統運行狀態以及延長系統正常使用壽命的目的。

1制冷系統的故障特點

制冷系統根據其工作原理，主要分為蒸汽壓縮式制冷系統、吸收式制冷系統、半導體式制冷系統以及吸附式制冷系統等多種類型。以蒸汽壓縮式制冷系統為例，其常見故障類型包括了：制冷劑泄漏、冷卻水量減少、管路壓力增大等問題，而導致系統冷卻效率的降低及系統能耗的增加。正是由于蒸汽壓縮式制冷系統的構成元件多（制冷壓縮機、節流裝置、熱交換設備、管道等）、循環工作狀態復雜（包括制冷劑、水、空氣、油等），因此當制冷系統故障發生時，具有故障原因復雜、故障征兆復雜的特點，且存在著較多不易被檢測的參數，部分檢測數據與故障問題之間的關聯性也不明顯。因此，在制冷系統的故障診斷時，如果只依靠維護人員的個人經驗或儀器進行故障的查找與排除時，不僅診斷效率低，而且檢修成本高、檢修失誤率高。針對以上問題，近年來制冷系統的故障診斷技術，已逐步由傳統的單一化、常規化的診斷方法，發展為以人工智能技術、信息技術等先進技術為基礎的智能化診斷方式。

2智能化故障診斷技術在制冷系統中的具體應用

摘要：分析智能制冷控制系統應用現狀，分別從智能控制原理、分布式智能制冷控制系統的應用、智能制冷控制系統設計要點等方面對課題內容進行詳細的研究與分析。旨在為智能制冷控制系統的研究提供參考性建議。

關鍵詞：智能制冷控制系統；分布式；節能減排；研究與設計

引言

近年來，我國新型的社會經濟環境逐漸出現，人民群眾的生活水平以及生活要求逐漸提高，為制冷設備的研究與優化提供了良好的市場動力。智能化、便捷的制冷控制系統逐漸出現，給人民群眾的生活帶來更多便利。現階段制冷控制系統設計與使用中，在實施節能減排方面存在一些問題，造成能源的浪費，且不利于環境保護。1智能制冷控制系統應用現狀在近年社會經濟發展過程中，能源工業得到了大力發展，并在各領域建設中起到非常重要的作用。隨著各行業發展對能源需求的不斷增加，能源短缺逐漸成為制約社會經濟發展的重要問題。為了提高能源的利用率，相關科技領域一直將提高能源利用率作為重點研究課題。制冷行業每年的能源消耗非常大，因此，科研人員研發了智能制冷控制系統，并將其應用于相關領域，取得了良好的應用效果。智能制冷控制系統能對溫度、壓力及液位等進行智能調控，且具有較高的安全性。例如，許多大中型超市安裝智能制冷控制系統，對超市內的環境溫度、冷藏柜溫度等進行智能化控制。2智能制冷控制系統概述2.1基于神經網絡原理的控制算法神經網絡原理是一種較為特別的控制原理，主要是對人腦的思考過程以及知識處理能力進行模擬，進而對系統運行中遇到的具體問題與指令進行處理。神經網絡原理具體運行過程中，主要由3個運行模塊組成：信息輸入模塊，信息中間處理模塊和信息輸出模塊[1]。在對制冷控制系統進行研究與分析時發現，其具體運算也將神經網絡原理作為控制算法，利用神經網絡原理對制冷閥門開度及壓力值進行控制，保障制冷控制系統能智能化實施使用者的指令。2.2應用智能制冷控制系統的必要性隨著經濟的發展，人們對制冷的需求逐漸普及，能源消耗逐漸增加，不僅造成能源短缺現象，而且也對我國整體的發展前景產生較大的影響。因此在保證人們制冷需求時，也應重點關注能源消耗問題，并積極的實施節能降耗對策[2]。對制冷系統進行性能優化能在很大程度上促進能源使用效率的提升，促進制冷系統的智能化發展。

3智能制冷控制系統的研究內容

3.1系統組成結構在智能制冷控制系統設計過程中，不僅要滿足人們對制冷的需求，而且還應重點關注節能減排效果，并有效提升制冷效率。在系統組成結構中，應對3個結構要點進行重點設計：①將神經網絡原理作為結構構建的核心模塊及核心原理。該原理的應用能提升制冷系統的智能化程度，保障系統自動調節過程中的適宜情況[3]。②設計分布式制冷控制系統時，應建立分布式溫度傳感器模塊。利用區域分布的溫度傳感器對系統周邊溫度情況進行全面收集，進而進行智能化數據處理，為溫度自動調節系統的構建奠定基礎。③對多路蒸發器組成結構進行重點設計，以保證控制系統中冷凝器的液體流量處于合理狀態。

3.2系統運作流程（1）系統啟動。啟動過程中，應對系統用戶的具體需求進行初步的系統參數設計，或使用系統默認參數，或按照系統使用前的歷史經驗數據進行設置。具體使用中，系統默認參數并不了解使用者的適宜需求，進而影響使用人員的舒適程度。同時，默認參數的使用還存在控制精度不高的問題，影響使用效果。因此在系統具體使用中，推薦按照用戶的具體需求進行初步系統參數設計的使用方式[4]。（2）運行模式。制冷系統啟動后，應重點設置系統的運行模式。系統主要采用智能化運行模式，自主收集運行區域周邊溫度環境情況，保障對制冷閥門開度及壓力值的控制，符合現階段使用者對環境溫度的要求。（3）數據采集與分析。數據采集指對系統運行中的模塊運行數據進行收集，進而對系統運行的狀態以及使用安全情況進行監控，保證系統各模塊運行的數據處于正確范圍，保障系統正常運行。（4）系統信息反饋流程。為保障使用者對制冷控制系統的靈活控制，在系統設計時，建立信息反饋流程。通過反饋流程對用戶的管理要求進行積極響應，便于使用者對制冷系統的使用狀態進行動態、及時地查驗，

4智能制冷控制系統設計

隨著直升機行業的快速蓬勃發展，機組人員對直升機艙內的安全舒適環境提出了越來越高的要求，特別是艙內制冷系統。20世紀60年代，當時的蒸發循環制冷技術還不太成熟，直升機大都借鑒固定翼飛機普遍采用的空氣循環制冷系統，這種技術最大的弊端在于對飛機發動機的性能有較大影響。尤其對于我國，發動機制造技術本身比先進國家就存在較大差距，所以對此問題就更為敏感。到了20世紀80年代，機載蒸發循環制冷技術取得了突破，歐美、蘇聯的軍用直升機紛紛采用了蒸發循環的機載制冷系統。與空氣循環技術相比，蒸發循環制冷技術具有制冷能力強、能效比高、（無發動機引氣）不影響發動機性能等優點。尤其是在直升機懸停狀態，蒸發循環制冷效果顯著優于空氣循環制冷系統。因此蒸發循環制冷技術能夠很好的滿足現代直升機艙內日益增大的熱載荷的冷卻要求。隨著蒸發循環制冷技術在直升機上大規模應用，暴露出的問題也越來越多。某型直升機駕駛艙制冷系統采用蒸發循環制冷，其在試飛過程中出現壓縮機過流保護，同時壓縮機出氣管出現脫管現象，造成蒸發循環制冷系統無法正常使用。由于試飛環境比較惡劣，駕駛艙內經常達到50℃以上，蒸發循環制冷系統故障嚴重影響機組人員的工作效率，乃至影響飛行安全。制冷系統組成及工作原理該直升機駕駛艙制冷系統采用蒸發循環制冷，主要由壓縮機、冷凝器組件、蒸發器組件、制冷電控盒、制冷操縱盒、制冷劑管路、支架和制冷劑等組成。系統工作時，壓縮機抽吸蒸發器出口的低溫低壓制冷劑蒸汽，將其壓縮至高溫高壓的氣體，并排至冷凝器；該高溫高壓制冷劑氣體在冷凝器中被風機抽吸的外界大氣冷卻，冷凝成溫度和壓力較高的液體，然后經儲液器進入膨脹閥節流膨脹，溫度和壓力急劇下降，變為一種低溫氣液混合物；該混合物流入蒸發器，與蒸發風機抽吸的駕駛艙暖濕空氣進行熱交換，吸熱蒸發變成低壓蒸汽，重新回到壓縮機中，完成一個循環。同時暖濕空氣在蒸發器中放熱冷卻，通過聯動出風口供給駕駛艙制冷，如圖1所示。當系統處于制冷工作狀態，若除霜溫度傳感器感受蒸發器組件出風溫度≤1℃，則壓縮機、冷凝風機停止工作，系統進入除霜模式；當除霜溫度傳感器感受蒸發器組件出風溫度＞3℃且已進入除霜狀態3分鐘以上，系統退出除霜模式，回到制冷模式。

故障定位

及機理分析該直升機試飛過程中，制冷操縱盒報壓縮機過流故障，蒸發循環制冷系統無法正常工作。直升機降落后，經機務人員檢查發現，壓縮機排氣管與壓縮機鋼套脫開。故障定位首先，對蒸發循環制冷系統壓縮機進行分解處理，用量杯測量從壓縮機回氣端排出的潤滑油量約為7ml，正常情況排出的潤滑油量應大于100ml，可見壓縮機內部潤滑油量不足。而壓縮機內的潤滑油量過少會引起壓縮機電機摩擦增大、溫度升高、壓縮機電流增大，因此可確認壓縮機回油不好是造成壓縮機過流故障過流的一個因素。其次，通過查看直升機飛參數據及聽取飛行員的試飛情況描述，可確認直升機在飛行過程中多次出現制冷系統出風溫度升高，駕駛艙艙內溫度升高現象，制冷操縱盒報壓縮機過流故障，重新開啟制冷系統后，制冷系統能夠工作正常，出風口有涼風。通過分析可知，制冷系統在工作過程中，蒸發器表面可能出現結霜現象。蒸發器表面結霜后，其換熱效率嚴重下降，導致蒸發器無法對駕駛艙內熱空氣進行正常換熱，出風溫度隨著結霜加劇而逐漸升高。重新啟動制冷系統時，壓縮機啟動會有3分鐘延時，此時蒸發器表面霜層會迅速融化，霜層融化后制冷系統會恢復正常工作，后續會出現反復現象。此過程與飛參數據及飛行員描述對應，因而可確認制冷系統在工作過程中出現了結霜情況。從上述制冷系統工作原理可知，制冷系統初始結霜時，蒸發器出風溫度會降至1℃，除霜傳感器通過感受出風溫度將信號傳送給制冷操縱盒，制冷操縱盒控制制冷系統進入除霜模式，此時壓縮機和冷凝風機停止工作。若蒸發器內除霜傳感器位置安裝不當，將會造成傳感器無法真實反饋出風溫度值，制冷操縱盒無法接收除霜信號，制冷系統無法進入除霜模式。最后，通過查看飛參數據可知，制冷系統出現故障時直升機飛行高度在約為1600m，機外大氣溫度19℃，制冷系統在此環境下工作，冷凝器換熱效率高，冷凝溫度會下降，蒸發壓力與溫度伴隨下降，當制冷系統蒸發器表面溫度低于0℃時，蒸發器表面凝結的液態水滴會出現結霜情況，若結霜后未及時進行除霜保護，會造成蒸發器蒸發壓力下降，膨脹閥開度變小，制冷劑回氣流速降低，造成潤滑油不能及時返回壓縮機，壓縮機潤滑不良，內部溫度快速升高，壓縮機電流急劇增大直至過流。同時，由于潤滑不良造成電機發熱量增大，壓縮機殼體溫度過高，過高的溫度通過排氣壓板及鋁管傳至壓縮機排氣管路，造成該處制冷劑管路變質，鋼套及制冷劑管路脫開。因此，可斷定蒸發器內的除霜傳感器位置布置不當，制冷系統無法進入除霜模式，導致壓縮機回油不好，潤滑不良，發熱量增大，殼體溫度過高，造成壓縮機過流故障和制冷劑管路脫開。

機理分析

制冷系統工作時，若室外溫度過低，冷凝器換熱效率提高，冷凝溫度降低，蒸發溫度降低，如果蒸發器溫度低于0℃，在冷卻濕熱空氣時，空氣中的水蒸氣會在蒸發器芯體低于0℃的區域凝結成冰，形成霜層。結霜后蒸發器芯體的翅片間隙被冰霜覆蓋，使得駕駛艙內循環風在吹過蒸發器芯體時受阻，且換熱效率嚴重下降，艙內溫度無法降低。因此，會出現出風溫度升高，駕駛艙溫度升高現象，重新開啟制冷系統后，由于再次啟動壓縮機有三分鐘延時，霜層會融化，制冷系統重新正常工作。除霜傳感器采集的溫度為蒸發器出風溫度，若位置布置不當會造成結霜時采集出風溫度偏高，制冷系統無法進入除霜模式。蒸發器長時間結霜不僅會造成制冷效果的下降，同時結霜時制冷系統蒸發壓力過低，膨脹閥開度變小，回氣流速降低，造成系統潤滑油不能及時返回壓縮機，壓縮機潤滑不良，殼體溫度升高，殼體將溫度傳至排氣鋁管，當鋁管溫度升高至制冷劑管路耐溫極限時，造成與鋁管相連的制冷劑管路變質，制冷劑管路與鋼套扣壓部位松脫。同時，壓縮機潤滑不良也會導致電機負荷加重，壓縮機電流過大，當電流超過23A時，制冷操縱盒報壓縮機過流故障并切斷制冷系統電源。優化改進及試驗驗證

優化改進

根據上述故障機理分析，壓縮機過流故障及出氣管出現脫管現象是由于除霜傳感器布置不當造成。除霜傳感器布置在蒸發器內部，以便采集蒸發器出風溫度，而蒸發器中蒸發風機采用的是吸風方式，因而除霜傳感器位置不同受氣流影響后采集的溫度也會不同。通過仿真蒸發器內部空氣流場及制冷系統地面試驗，最終確認蒸發器內部除霜傳感器位置，如圖3所示（原除霜傳感器位置如圖2所示）。除霜傳感器位置改進后，在地面不同工況下進行測試，當蒸發器出現輕微結霜時，制冷系統均能進入除霜模式，壓縮機和冷凝風機停機，滿足制冷系統的工作要求。

制冷劑管路耐高溫試驗驗證